深部開采軟巖巷道支護(hù)技術(shù)研究

馮日升

（汾西礦業(yè)集團(tuán)晉汾新天綜合服務(wù)公司， 山西 孝義 032300）

0 引言

近幾年，隨著礦井開采深度增加，煤炭開采回采時(shí)受地質(zhì)構(gòu)造、地應(yīng)力以及圍巖巖性等影響更趨顯著，對(duì)巷道圍巖控制提出更高要求。深部開采時(shí)軟巖巷道在地應(yīng)力、圍巖承載能力差以及支護(hù)強(qiáng)度不足等因素影響下會(huì)出現(xiàn)顯著變形，同時(shí)支護(hù)難度相對(duì)較大[1-3]。為實(shí)現(xiàn)深部開采軟巖巷道圍巖有效控制，眾多的學(xué)者及工程技術(shù)人員展開研究，其中康紅普等[4]針對(duì)山東深部開采礦井軟巖巷道圍巖變形特征，提出通過錨注技術(shù)支護(hù)圍巖，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后實(shí)現(xiàn)了軟巖巷道變形控制；余偉健等[5]對(duì)高應(yīng)力軟巖巷道圍巖變形特征進(jìn)行分析，提出綜合錨桿索、底板錨索、注漿、金屬網(wǎng)等手段控制圍巖變形；謝生榮等[6]認(rèn)為通過錨噴注技術(shù)可強(qiáng)化深部軟巖巷道承載拱承載能力，有效控制巷道圍巖變形。上述研究成果為深部開采軟巖巷道圍巖支護(hù)工作開展提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)借鑒。

以山西某礦11302 綜采工作面底抽巷圍巖支護(hù)為背景，針對(duì)圍巖變形量大、支護(hù)困難等問題，提出采用全斷面錨索支護(hù)技術(shù)控制圍巖變形，并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。

1 11302 工作面概況

11302 綜采工作面回采的13 號(hào)煤層埋深超過680 m，煤層具有突出危險(xiǎn)性，厚度5.7～6.2 m、傾角5°，為實(shí)現(xiàn)11302 綜采工作面回采巷道安全掘進(jìn)以及煤炭安全回采，提出在13 號(hào)煤層底板中掘進(jìn)底抽巷進(jìn)行區(qū)域瓦斯治理。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件將底抽巷布置在13 號(hào)煤層底板L9 灰?guī)r附近，底抽巷掘進(jìn)區(qū)域?yàn)榉€(wěn)定層位，地質(zhì)構(gòu)造較為簡單，具體掘進(jìn)區(qū)域內(nèi)地層結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 掘進(jìn)區(qū)域內(nèi)地層結(jié)構(gòu)

11302 底抽巷埋深超過700 m，設(shè)計(jì)掘進(jìn)進(jìn)尺2 539 m，巷道原設(shè)計(jì)斷面為直墻半圓拱型，采用初噴（厚度50 mm）、錨網(wǎng)索+鋼棚（U36 工字鋼）+復(fù)噴（厚度100 mm）進(jìn)行支護(hù)，具體巷道支護(hù)斷面如圖2所示。巷道支護(hù)后對(duì)圍巖變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)支護(hù)完成7 d 內(nèi)圍巖變形速率均值在12～15 mm/d，最大變形速率超過100 mm/d；支護(hù)完成3 個(gè)月內(nèi)，巷道頂?shù)装濉⑾飵妥畲笫諗苛糠謩e可達(dá)到1.3 m、0.9 m，圍巖變形量較大，無法滿足后續(xù)使用需要。

圖2 底抽巷原支護(hù)斷面圖（單位：mm）

2 深部軟巖巷道圍巖控制技術(shù)

2.1 11302 底抽巷圍巖變形分析

11302 底抽巷底板及巷幫均為砂質(zhì)泥巖、泥巖，巖體內(nèi)部裂隙發(fā)育且承載能力較差，遇水后容易膨脹變形；同時(shí)11302 底抽巷埋深超過700 m，圍巖受到較大的地應(yīng)力作用容易出現(xiàn)變形。11302 底抽巷圍巖變形特征宏觀上表現(xiàn)為底鼓、巷幫收斂。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件及圍巖變形特征，分析導(dǎo)致巷道圍巖變形較大的主要原因?yàn)椋合锏绹鷰r在掘進(jìn)擾動(dòng)作用下容易破壞，圍巖塑性破壞區(qū)內(nèi)支護(hù)強(qiáng)度不足；現(xiàn)采用的支護(hù)措施僅強(qiáng)化圍巖表面支護(hù)強(qiáng)度，未對(duì)底板及巷幫等注漿，無法對(duì)塑性破壞區(qū)進(jìn)行改造以及增強(qiáng)圍巖承載能力。

2.2 圍巖支護(hù)技術(shù)

依據(jù)相關(guān)研究成果，提出的深部軟巖巷道圍巖支護(hù)思路為：通過增強(qiáng)承載單元強(qiáng)度、圍巖內(nèi)摩擦角及黏聚力等，減少巷道圍巖變形量。為降低巷道掘進(jìn)工程量并為支護(hù)措施實(shí)施創(chuàng)造良好條件，將巷道斷面由直墻半圓拱型優(yōu)化成矩形（巷寬、巷高分別為5 800 mm、4 550 mm），現(xiàn)場(chǎng)采用的支護(hù)措施包括有：全錨索支護(hù)、錨索注漿、底板加固等。圍巖支護(hù)方案為初噴（厚度50 mm）+錨網(wǎng)索支護(hù)+復(fù)噴（厚度100 mm）+補(bǔ)強(qiáng)錨網(wǎng)索支護(hù)+注漿加固，具體圍巖支護(hù)參數(shù)為：

1）在巷道掘進(jìn)后及時(shí)進(jìn)行初噴，噴射厚度50 mm、強(qiáng)度C25 混凝土，進(jìn)行初噴后在頂板、巷幫位置施工段錨索。頂板、巷幫錨索規(guī)格均為Φ21.6mm×3250mm，間排距均為800 mm、800 mm，錨索施加預(yù)緊力在350 kN 以上。

2）在初噴、頂板及巷幫錨索施工完成后，復(fù)噴厚度100 mm、C25 混凝土，并在頂?shù)装迨┕ぷ{錨索進(jìn)行注漿，巷幫用金屬焊管進(jìn)行注漿。

3）頂?shù)装遄{采用的注漿錨索規(guī)格均為Φ22 mm×6 250 mm，頂板注漿錨索間排距為1 600 mm、1 600 mm，底板注漿錨索間排距為1 300 mm、1 600 mm，注漿前注漿錨索施加100 kN 預(yù)緊力，注漿完成后再進(jìn)進(jìn)行緊固，施加預(yù)緊力在350 kN 以上。巷幫注漿采用淺孔、深孔交替方式（一排淺孔、一排深孔），淺孔、深孔孔深分別為2 500 mm、4 000 mm，選用的注漿管規(guī)格均為Φ25 mm×2 000 mm 金屬焊管，注漿孔間排距為1 600 mm、1 600 mm。

4）巷道全斷面注漿漿液選用單液水泥漿，水、水泥質(zhì)量配比為1∶（0.6～0.8），選用水泥為型號(hào)P·O42.5普通硅酸鹽水泥，鉆孔注漿壓力控制在3 MPa 以上，具體11302 底抽巷圍巖支護(hù)斷面如圖3 所示。

圖3 底抽巷全斷面錨索支護(hù)斷面圖（單位：mm）

3 現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)應(yīng)用效果分析

采用“十”字觀測(cè)法監(jiān)測(cè)11302 底抽巷圍巖變形情，結(jié)果如圖4 所示。巷道支護(hù)完成后頂?shù)装寮跋飵褪諗苛烤忻黠@增加，但是支護(hù)時(shí)間不斷增加，巷道圍巖收斂速度逐漸降低最后趨于0；在巷道圍巖變形基本穩(wěn)定后頂板、底板及巷幫收斂量穩(wěn)定在110 mm、200 mm、190 mm，圍巖變形量整體較小，可為后續(xù)瓦斯抽采鉆孔施工及巷道內(nèi)行人、運(yùn)輸、掘進(jìn)等工作創(chuàng)造良好條件。

圖4 圍巖變形監(jiān)測(cè)結(jié)果

底抽巷掘進(jìn)采用EBZ318（H）綜掘機(jī)，配合全錨索、全斷面注漿加固方案后，巷道圍巖變形量整體較小，后續(xù)基本不需要維護(hù)；與前期施工相比，巷道掘進(jìn)進(jìn)尺可達(dá)到215 m/月，實(shí)現(xiàn)了安全高效掘進(jìn)。

4 結(jié)論

1）對(duì)11302 底抽巷原支護(hù)方案下圍巖變形情況進(jìn)行分析，提出采用全錨索、全斷面注漿以及高預(yù)緊力方式對(duì)圍巖進(jìn)行支護(hù)。

2）現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，11302 底抽巷頂板、底板及巷幫圍巖收斂量分別控制在110 mm、200 mm、190 mm 以內(nèi)，后續(xù)使用期間基本不需要修整；采用的支護(hù)方案可滿足底抽巷內(nèi)瓦斯抽采鉆孔施工、行人及后續(xù)巷道掘進(jìn)等施工需要。